基于S7-200 PLC的小型CIP自動控制系統(tǒng)

周玉彬，韓金枝，時獻江，陳友富

（1.哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院,哈爾濱 150080；2.黑龍江省輕工業(yè)技工學(xué)校,哈爾濱 150039）

基于S7-200 PLC的小型CIP自動控制系統(tǒng)

周玉彬1，韓金枝1，時獻江1，陳友富2

（1.哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院,哈爾濱 150080；2.黑龍江省輕工業(yè)技工學(xué)校,哈爾濱 150039）

為適應(yīng)新國家企業(yè)生產(chǎn)乳制品許可證條件的要求，研制了一種基于S7-200 PLC的小型CIP自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有清洗歷史記錄保存功能，手動和自動兩種操作方式，價格便宜，可靠性高，非常適合國內(nèi)的中小乳品企業(yè)應(yīng)用。介紹了該系統(tǒng)的原理、組成及應(yīng)用。

乳品廠；CIP；PLC；歷史數(shù)據(jù)存儲

0 引言

CIP（Clean in Place）自動控制系統(tǒng)主要應(yīng)用在乳品行業(yè)、飲料、啤酒和醫(yī)藥等行業(yè)。小型企業(yè)的CIP系統(tǒng)主要以單路為主，與雙路或多路CIP系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜等特點，能夠完成傳統(tǒng)CIP系統(tǒng)的所有功能。根據(jù)國家質(zhì)檢總局發(fā)布的《企業(yè)生產(chǎn)嬰幼兒配方乳粉許可條件審查細則(2010版)》和《企業(yè)生產(chǎn)乳制品許可條件審查細則(2010版)》，乳制品行業(yè)必須擁有自動CIP清洗系統(tǒng)，所以對于中小型乳品企業(yè)來說，小型自動CIP系統(tǒng)將是很好的選擇。

1 小型自動CIP系統(tǒng)組成

CIP清洗系統(tǒng)由清洗罐、清洗管線、清洗出液泵和氣動閥組成，如圖1所示。清洗罐上的溫度、液位和濃度傳感器用來檢測當(dāng)前清洗液的狀態(tài)及信息，這些信息可在觸摸屏上顯示。加熱方式有蒸汽盤管加熱和熱交換器加熱兩種方式，用戶可根據(jù)自身工藝及設(shè)備條件選擇。回液管路配有溫度變送器和酸堿濃度變送器，用來控制液體回收，酸堿濃度變送器選用國產(chǎn)HNB-10型酸堿濃度檢測儀。系統(tǒng)配有出液閥V11～V41和回液閥V13～V43，實現(xiàn)出液和回液功能，蒸汽閥Z1～Z3和清水閥L1～L4完成加熱和補水過程，出液泵P1和清水閥L1～L4完成加熱和補水過程，出液泵P1完成清洗液的輸出功能。CIP回液泵由工藝系統(tǒng)設(shè)計、提供[1]。

由于清洗工藝的特殊性，有手動和自動兩種方式，清洗過程為典型的時間順序控制，主要清洗流程如圖2所示。

圖2 主要清洗時間順序流程

2 控制系統(tǒng)硬件簡介

控制系統(tǒng)硬件由西門子S7-200 PLC組成，它具有體積小，價格便宜的特點，觸摸屏選用臺達DOP-B系列的7寸屏，具有反應(yīng)快、清晰度高等特點，整個控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，適合廣大中小企業(yè)的需求。

3 控制系統(tǒng)程序設(shè)計

系統(tǒng)在自動控制方式下，程序按照圖2設(shè)定的時間順序運行時，其順序功能圖如圖3所示。啟動后出液泵P1一直運轉(zhuǎn)，不同的清洗時間段打開對應(yīng)出液閥V11～V41送出不同的清洗液，當(dāng)回液濃度變送器或溫度變送器判定回液可回收利用時，相應(yīng)的回液閥V13～V33打開，對清洗液進行回收，否則按廢液排放處理[2]。圖3中的定時器T37～T42對應(yīng)圖2中的t1～t7，VW100～VW110為相應(yīng)定時器的設(shè)定值。例如：自動清洗進行到M0.1步驟時，V11動作T37開始計時，T37的當(dāng)前值到達VW100中的設(shè)定值時，則M0.1停止進入到M0.2步驟[3]。

考慮到乳制品生產(chǎn)工藝的特點，不同清洗對象的清洗順序和時間要求都不一樣，但一般都是按照圖2所示的主要清洗順序進行的。可以將時間參數(shù)t1～t6配備幾套預(yù)置值，并且儲存起來，在這幾套參數(shù)中，若不進行某項清洗過程，相應(yīng)的時間參數(shù)t設(shè)為零即可，這樣可以大大減少程序編寫量，也容易適合不同設(shè)備的清洗要求[4]。

4 清洗記錄存儲功能

系統(tǒng)具有清洗歷史記錄存儲功能。根據(jù)出液泵和回液閥的啟停及開關(guān)狀態(tài)觸發(fā)記錄過程，利用觸摸屏和USB移動存儲介質(zhì)，記錄各清洗罐的濃度、溫度、回液濃度和回液溫度，回液閥和出液泵的開關(guān)狀態(tài)以及當(dāng)前時鐘等參數(shù)，通過這些參數(shù)的變化來判斷本次清洗過程和清洗時間。下面介紹一下在觸屏軟件中的具體設(shè)置：

(1)控制命令設(shè)定：命令區(qū)地址為2@VW1999；命令取樣周期為300 ms；狀態(tài)區(qū)地址為2@VW2013；長度為8，可以“動作完成清除標(biāo)志”，如圖5所示。

(2)歷史數(shù)據(jù)緩沖區(qū)設(shè)定：制作需要用到的6個緩沖區(qū)，讀取地址依次為：2@VW1999，2@VW200，2@VW206，2@VW212，2@VW216，2@VW218，如圖6所示。

(3)緩沖區(qū)1的激活和清除：在S7-200編程軟件中，將要進行記錄的設(shè)備動作的反饋信號送到緩沖區(qū)1，然后0.1 s后清除激活，如圖7所示。每次動作后數(shù)據(jù)就以Excel的形式將對應(yīng)數(shù)據(jù)存檔自動輸送到移動U盤中。

(4)歷史數(shù)值數(shù)據(jù)表：根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)的不同關(guān)系，選擇不同的緩沖區(qū)，每個數(shù)據(jù)表記錄只有一系列相關(guān)數(shù)據(jù)。如圖8所示。

至此完成設(shè)定工作。這樣在清洗過程中，每次回液閥的打開和關(guān)閉時刻，就可以觸發(fā)存儲數(shù)據(jù)，供用戶定期檢查和進一步分析或追溯使用。

5 結(jié)束語

小型CIP系統(tǒng)具有全自動、高效、節(jié)能、價格便宜等特點，充分滿足中小乳品企業(yè)的要求。系統(tǒng)帶有存儲功能，清洗時的清洗參數(shù)全被記錄下來，用戶可以隨時查看清洗記錄，保證產(chǎn)品質(zhì)量。此系統(tǒng)已在國內(nèi)十多家乳制品廠投入使用，用戶普遍反映良好。

[1]劉鵬,趙穎,胡海珠.CIP清洗在現(xiàn)代乳制品企業(yè)的應(yīng)用及注意事項[J].中外食品工業(yè)信息,2001(6):157.

[2]廖常初.S7-200 PLC編程及應(yīng)用,北京:機械工業(yè)出版社,2009.

[3]時獻江,姚智宇.乳品廠新型CIP自動控制系統(tǒng)[J].中國乳品工業(yè)，2005(3):54～55.

[4]李建軍,曲洪波.基于PLC的飲料CIP清洗控制系統(tǒng)[J].PLC&FA，2009(12):14～117.

Based on S7-200 PLC automatic control system for small CIP

ZHOU Yu-bin1,HAN Jin-zhi1,SHI Xian-jiang1,CHEN You-fu2
（1.Harbin University of Science and Technology,Harbin 150080 China;2.Heilongjiang Provincial Light Industry Technical School,Harbin 150039 China）

To meet the new national dairy production requirements of the permit conditions,developing an automatic control system for small CIP based on S7-200 PLC.The system has the ability to save clean records,manual and automatic operations,which has the lower price and high reliability meeting the applications of domestic small and medium dairy enterprise s highly.The main principle,configuration and application of the system are introduced in this paper.

dairy factory；CIP；PLC；historical data storage

TS252.8文獻標(biāo)示碼:A

1001-2230（2012）03-0062-03

2011-10-13

周玉彬（1985-），男，碩士，從事工業(yè)控制方面的研究。